JP5465970B2 - 転がり軸受装置 - Google Patents

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Description

本発明は、転がり軸受装置に関するものである。
一般に、転がり軸受装置は、同軸に配置された内輪および外輪を備える転がり軸受と、転がり軸受の内輪に嵌合される内筒と、転がり軸受の外輪を嵌合させる外筒とにより構成され、内筒および外筒が転がり軸受により相対回転自在に支持されている(例えば、特許文献1および特許文献2参照。)。特許文献1に記載の転がり軸受装置は、シャフト(内筒)と内輪との嵌合部分およびハウジング(外筒)と外輪との嵌合部分がそれぞれ接着剤により接合され、特許文献2に記載の転がり軸受装置では、シャフトと内輪との嵌合部分が嫌気性の接着剤により接合されている。
特開平11−182543号公報 特開2000−346085号公報
しかしながら、嫌気性接着剤にはアウトガス成分が多く、転がり軸受装置が使用されるハードディスクドライブ(HDD)の磁気ディスクにアウトガスが付着すると、記録や再生に影響を与えることがある。また、嫌気性接着剤は硬化時間が長いため、生産性が低いという不都合がある。さらに、従来の転がり軸受装置のように各嵌合部分をそれぞれ接着剤により接合した場合、温度変化によって接着剤の剛性が変動し、これにより予圧が変化して共振周波数やトルクが変動する不都合がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、生産性の向上およびアウトガスの低減を図るとともに、共振周波数変動およびトルク変動の発生を防止した転がり軸受装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、同軸に配置される内輪および外輪と、これら内輪と外輪との間の円環状空間に周方向に間隔をあけて複数配置される転動体とを備え、軸方向に間隔をあけて配列される2つの転がり軸受と、該転がり軸受の前記内輪に嵌合される第1の部材と、前記転がり軸受の前記外輪を嵌合させる嵌合孔を有する第2の部材と、前記内輪および前記外輪の少なくとも1つに軸方向に隣接して配置され、前記内輪および前記外輪の半径方向に照射されるレーザ光により前記第1の部材または前記第2の部材に重ね合わせ溶接されている固定部材と、を備える転がり軸受装置であって、前記固定部材は、前記第1の部材と前記第2の部材のうち前記固定部材と溶接されている方の部材と同じ物質により形成されていることを特徴とする転がり軸受装置を提供する。
本発明によれば、固定部材に対して内輪または外輪の半径方向からレーザ光を照射することで、レーザ溶接時の応力の発生方向を半径方向に限定し、固定部材を第1の部材または第2の部材の軸方向に固定することができる。これにより、固定部材に隣接して配置されている内輪または外輪の軸方向の移動を規制し、嵌合部分を軸方向に固定することができる。
この場合において、固定部材が内輪または外輪と物理的に分離されているので、溶接時の熱応力が内輪または外輪に伝達されるのを防止し、内輪または外輪の真円度が低下するのを防ぐことができる。また、固定部材として重ね合わせ溶接に適切な材質や形状を選択することができる。例えば、固定部材の材質としては、重ね合わせ溶接される第1の部材または第2の部材の材質と同じものが好ましい。
上記発明においては、前記固定部材が、前記第1の部材を嵌合させる内輪側リングまたは前記第2の部材に嵌合される外輪側リングであることとしてもよい。
このように構成することで、レーザ溶接時に内輪または外輪の半径方向に応力が働いても、固定部材と第1の部材または第2の部材との相対的な半径方向の移動を規制することができる。また、内輪側リングまたは外輪側リングにより、内輪または外輪の周方向全体にわたる軸方向の位置ずれを防ぐことができる。
また、上記発明においては、前記内輪間または前記外輪間の一方に軸方向に挟まれるスペーサ部を備え、他方の前記内輪または前記外輪が、軸方向に隣接する前記内輪または前記外輪に対して相対的に近接する方向に押圧された状態で前記第1の部材または前記第2の部材に固定されていることとしてもよい。
このように構成することで、内輪間または外輪間の一方にスペーサ部が挟まれることにより、他方の外輪間または内輪間にはスペーサ部の長さに応じた隙間が形成されるので、他方の内輪または外輪を軸方向に押圧するだけで内輪どうしまたは外輪どうしを近接させて2つの転がり軸受に予圧をかけることができる。したがって、内輪または外輪を押圧した状態でレーザ光を照射することにより、転がり軸受に予圧をかけた状態を簡易に維持することができる。
本発明によれば、生産性の向上およびアウトガスの低減を図るとともに、共振周波数変動およびトルク変動の発生を防止することができるという効果を奏する。
本発明の第1の実施形態に係る転がり軸受装置の縦断面図である。 本発明の第1の実施形態の参考例に係る内輪とシャフトとの溶接箇所の縦断面図である。 本発明の第1の実施形態の変形例に係る転がり軸受装置の縦断面図である。 スポット径と溶け込み深さとの関係を示した断面図である。 本発明の第2の実施形態に係る転がり軸受装置の縦断面図である。
〔第1の実施形態〕
以下、本発明の第1の実施形態に係る転がり軸受装置について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る転がり軸受装置10は、例えば、図1に示すように、磁気記録装置(HDD)や光記録装置等に用いられるスイングアーム等を揺動するためのものである。この転がり軸受装置10は、軸方向に間隔をあけて同軸に配列される第1の転がり軸受1Aおよび第2の転がり軸受1B(以下、第1の転がり軸受1Aと第2の転がり軸受1Bを合わせて「転がり軸受1A,1B」という。)と、これら転がり軸受1A,1Bに嵌合されるシャフト(第1の部材)13と、転がり軸受1A,1Bを嵌合させる嵌合孔25を有するスリーブ(第2の部材)23とを備えている。
転がり軸受1A,1Bは、シャフト13とスリーブ23とを相対的に回転させるためのものである。
第1の転がり軸受1Aは、同軸に配置された内輪3aおよび外輪5aと、これら内輪3aと外輪5aとの間の円環状空間に周方向に間隔をあけて内蔵される複数個の転動体7とを備えている。なお、転動体7は、図示しないリテーナにより等間隔配置された状態で転動可能に保持されている。
第1の転がり軸受1Aの内輪3aの外周面には、深溝型若しくはアンギュラ型の内輪軌道が設けられている。また、外輪5aの内周面には、深溝型若しくはアンギュラ型の外輪軌道が設けられている。
また、内輪3aにはシャフト13が嵌合され、内輪3aとシャフト13との嵌合部分が接着または溶接により固定されている。
一方、外輪5aは、スリーブ23の嵌合孔25に嵌合され、外輪5aと嵌合孔25との嵌合部分が接着または溶接により固定されている。なお、内輪3aと外輪5aは軸方向にほぼ等しい長さを有している。
第2の転がり軸受1Bは、第1の転がり軸受1Aと同様に、内輪3bおよび外輪5bと、転動体7と、リテーナ(図示略)とを備えている。また、内輪3bの外周面には深溝型若しくはアンギュラ型の内輪軌道が設けられ、外輪5bの内周面には深溝型若しくはアンギュラ型の外輪軌道が設けられている。
内輪3bは、軸方向の長さが外輪5bより長く形成されている。内輪3bの第1の転がり軸受1Aから遠い側に配置される端部は、径方向に対向して配置される外輪5bの端部より軸方向に突出している。以下、内輪3bにおけるこの突出している部分を突出部(溶接部)34という。
この内輪3bにはシャフト13が嵌合され、内輪3bとシャフト13との嵌合部分が突出部34とシャフト13との重ね合わせ溶接により固定されている。具体的には、突出部34に対して半径方向(すなわち、厚さ方向)に照射されたレーザ光により、突出部34の内周面とシャフト13の外周面との重なり合う部分がレーザ溶接されている。図1において、符号33はレーザ照射範囲を示している。
外輪5bは、外輪5aと同様に、スリーブ23の嵌合孔25に嵌合され、嵌合部分が接着または溶接により固定されている。
シャフト13は、略円柱状部材または略円筒状部材であり、軸方向の一端に全周にわたって半径方向外方に突出する鍔状のフランジ部15が設けられている。このシャフト13には、フランジ部15側から順に第1の転がり軸受1Aおよび第2の転がり軸受1Bが嵌め込まれており、第1の転がり軸受1Aの内輪3aの端面がフランジ部15に突き当てられている。
また、転がり軸受1A,1Bの内輪3a,3bが相互に近接する方向に押圧された状態でシャフト13に固定されている。これにより、転がり軸受1A,1Bに予圧がかけられた状態となり、内輪3a,3bおよび外輪5a,5bと転動体7とが隙間なく接触させられている。
スリーブ23の嵌合孔25の内面には、軸方向の略中央に内側に向かって突出する凸部(以下、「スペーサ部」という。)27が設けられている。この嵌合孔25には、スペーサ部27を挟んで軸方向の一方に第1の転がり軸受1A、他方に第2の転がり軸受1Bがそれぞれ嵌め込まれており、外輪5a,5bの互いに対向する端面がそれぞれスペーサ部27に突き当てられている。以下、嵌合孔25の第1の転がり軸受1Aが嵌め込まれている部分を「第1の嵌合部29A」といい、第2の転がり軸受が嵌め込まれている部分を「第2の嵌合部29B」という。
次に、このように構成された本実施形態に係る転がり軸受装置10の組み立て方法について説明する。
まず、第1の転がり軸受1Aの内輪3aにシャフト13を嵌合させ、内輪3aの端面をフランジ部15に突き当てる。ここで、シャフト13に予め接着剤を塗布しておき、内輪3aとシャフト13とを接着することとしてもよい。また、接着に代えて、内輪3aとシャフト13とを溶接することとしてもよい。
次に、スリーブ23の第2の嵌合部29Bに第2の転がり軸受1Bの外輪5bを嵌合させ、外輪5bの端面を嵌合孔25のスペーサ部27に突き当てる。内輪3aとシャフト13との嵌合部分と同様に、第2の嵌合部29Bに予め接着剤を塗布しておき外輪5bと第2の嵌合部29Bとを接着することとしてもよいし、接着に代えて外輪5bと第2の嵌合部29Bとを溶接することとしてもよい。
続いて、第1の転がり軸受1Aに嵌め込まれたシャフト13をフランジ部15が鉛直下向きになるように固定した状態で、第2の転がり軸受1Bが嵌め込まれたスリーブ23を嵌め合わせる。具体的には、スリーブ23に嵌め込まれている第2の転がり軸受1Bの内輪3bにシャフト13を嵌合させるとともに、シャフト13が嵌め込まれている第1の転がり軸受1Aの外輪5aを第1の嵌合部29Aに嵌合させて、外輪5aの端面をスペーサ部27に突き当てる。外輪5bと第2の嵌合部29Bとの嵌合部分と同様に、外輪5aと第1の嵌合部29Aとを接着または溶接により固定することとしてもよい。
続いて、内輪3bの突出部34とシャフト13を重ね合わせ溶接により固定する。
ここで、転がり軸受1A,1Bの内輪3a,3b間には、外輪5a,5b間に挟まれたスペーサ部27の長さに応じた隙間が形成されているので、内輪3aと内輪3bとを相互に近接させる方向に押圧して転がり軸受1A,1Bに予圧をかける。
この場合に、第1の転がり軸受1Aの内輪3aがフランジ部15に突き当てられているので、内輪3aに対して軸方向の反対側に配置された第2の転がり軸受1Bの内輪3bを軸方向に押圧するだけで、転がり軸受1A,1Bに簡易に予圧をかけることができる。
そこで、内輪3bを軸方向に押圧して転がり軸受1A,1Bに予圧をかけた状態で、内輪3bの突出部34に対して半径方向にレーザ光を照射し、突出部34の内周面とシャフト13の外周面とをレーザ溶接する。これにより、転がり軸受1A,1Bに予圧をかけた状態で転がり軸受1A,1Bとシャフト13およびスリーブ23との各嵌合部分が固定された転がり軸受装置10が完成する。
この場合に、突出部34が外輪5bの端部より軸方向に突出しているので、外輪5bに妨げられることなく外輪5b側から突出部34の外周面に半径方向に向かって容易にレーザ光を照射することができる。これにより、突出部34の内周面とシャフト13の外周面の重なり合う部分が溶融し、その後に硬化して収縮する際に応力の発生方向を半径方向に限定することができる。
したがって、例えば、図2に参考例として示すように、内輪3bの端面とシャフト13の外周面とが交差する箇所を隅肉溶接する場合のように、溶融した溶接箇所Fが硬化する際の収縮により半径方向に交差する方向に応力が働くの防ぎ、内輪3bとシャフト13が相対的に軸方向に位置ずれするのを防止することができる。
また、内輪3bにはシャフト13が嵌合されているので、半径方向に応力が働いても、内輪3bとシャフト13との相対的な半径方向の移動を規制することができる。したがって、嵌合部分を軸方向および半径方向に精度よく固定することができる。
また、レーザ溶接により内輪3bとシャフト13との嵌合部分を固定することで、従来のように嫌気性接着剤を用いて嵌合部分を固定する場合のようなアウトガスの発生を防止できるとともに、固定するのにかかる時間を短縮して生産性の向上を図ることができる。また、接着剤を用いた場合のような温度変化による接着剤の剛性変動に起因する予圧変化を回避し、共振周波数およびトルクの安定化を図ることができる。
なお、本実施形態においては、溶接部として内輪3bの軸方向の一端に配置される突出部34を例示して説明したが、例えば、内輪3aや外輪5a,5bが軸方向の一端に溶接部を備え、これらの溶接部がシャフト13あるいはスリーブ23に重ね合わせ溶接されることとしてもよい。
また、本実施形態は以下のように変形することができる。
例えば、本実施形態においては、突出部34が単に内輪3bの軸方向に突出する形状であるとしたが、図3に示すように、内輪3bにおける転動体7の接触面を有する部分を厚肉部32とした場合に、突出部35が厚肉部32より薄い半径方向厚さを有することとしてもよい。図4に示すように、レーザ溶接の溶け込み深さDはレーザ光のスポット径dに比例するので、突出部35の肉厚を薄くするほどレーザ光のスポット径dを小さくすることができる。したがって、突出部35を薄肉化することで、スポット径dを小さくして突出部35の縮小化を図ることができる。なお、レーザ溶接の実用的な溶け込み深さDはスポット径の1〜3倍であるので、突出部35の半径方向厚さをスポット径dの3倍以下とすることが好ましい。
〔第2の実施形態〕
以下、本発明の第2の実施形態に係る転がり軸受装置について説明する。
本実施形態に係る転がり軸受装置110は、図5に示すように、内輪103bが突出部34を備えず外輪5bとほぼ等しい長さを有し、また、シャフト13を嵌合させる環状の内輪側リング(固定部材)134が内輪103bの軸方向に隣接して配置されている点で第1の実施形態と異なる。
以下、本実施形態の説明において、第1の実施形態に係る転がり軸受装置10の構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
内輪側リング134は、内輪103bの内径寸法および外形寸法と略等しい筒状部材である。この内輪側リング134は、シャフト13を嵌合させて内輪3bの端面に突き当てられた状態で、半径方向に照射されるレーザ光によりシャフト13に重ね合わせ溶接されている。また、内輪側リング134は、例えば、シャフト13の材質と同じ材質(例えば、SUS303等)により形成されている。
このように構成された転がり軸受装置110の組み立て方法としては、第1の転がり軸受1Aに嵌め込まれたシャフト13と第2の転がり軸受1Bが嵌め込まれたスリーブ23とを嵌合させた後、内輪側リング134にシャフト13を嵌合させ、内輪103bの端面に内輪側リング134を突き当てる。
続いて、内輪側リング134および内輪103bを内輪3aに近接させる方向に押圧する。この状態で、内輪側リング134に対して外輪5b側からレーザ光を照射し、内輪側リング134とシャフト13とを重ね合わせ溶接する。これにより、転がり軸受1A,1Bに予圧をかけた状態で転がり軸受1A,1Bとシャフト13およびスリーブ23との各嵌合部分が固定された転がり軸受装置110が完成する。
この場合に、内輪側リング134に対して半径方向にレーザ光を照射することで、レーザ溶接時の応力の発生方向を半径方向に限定し、内輪側リング134を軸方向に位置ずれさせることなくシャフト13に固定することができる。これにより、内輪側リング134に隣接して配置されている内輪103bの軸方向の移動を規制し、嵌合部分を軸方向に固定することができる。
また、内輪側リング134にはシャフト13が嵌合されているので、レーザ溶接時に内輪側リング134の半径方向に応力が働いても、内輪側リング134とシャフト13の相対的な半径方向の移動を規制することができる。
また、内輪側リング134が内輪103bと物理的に分離されているので、溶接時の応力が内輪103bに伝達されるのを防止し、内輪103bの真円度が低下するのを防ぐことができる。また、固定部材として、シャフト13と同じ物質により形成される環状の内輪側リング134を採用することで、内輪103bの周方向全体にわたる軸方向の位置ずれを防ぐとともに、重ね合わせ溶接により内輪側リング134とシャフト13とを一体化し易くすることができる。
なお、本実施形態においては、固定部材として内輪側リング134を例示して説明したが、例えば、固定部材として内輪3aに隣接して配置される内輪側リングや外輪5a,5bの軸方向に隣接して配置される外輪側リングを採用することとしてもよい。また、環状の固定部材に代えて円弧状の固定部材を採用することとしてもよい。
また、本実施形態においては、内輪側リング134が内輪103bの内径寸法および外形寸法と略等しい筒状部材であるとしたが、これに代えて、例えば、内輪側リング134が内輪103bより薄い半径方向厚さを有するものであってもよい。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上記各実施形態においては、第2の部材として、嵌合孔25の内面にスペーサ部27を備えるスリーブ23を例示して説明したが、これに代えて、例えば、スペーサ部27を備えないスリーブを採用し、転がり軸受1A,1Bの内輪3a,3b間または内輪3a,10b間にリング状の間座を挟む構成としてもよい。この場合、外輪5a,5b間に間座の長さに応じた隙間が形成されるので、外輪5a,5bどうしを近接させる方向に押圧することとすればよい。また、外輪5a,5bが突出部(溶接部)を備える構成にしたり、あるいは、外輪5a,5bの軸方向の一端に環状の外輪側リング(固定部材)を配置したりし、突出部あるいは外輪側リングをスリーブ23の嵌合孔25に重ね合わせ溶接することとすればよい。
また、上記各実施形態においては、突出部34,35または内輪側リング134とシャフト13との重ね合わせ溶接により嵌合部分を固定することとしたが、例えば、シャフト13の外周面やスリーブ23の嵌合孔25等に接着剤を塗布し、同一の嵌合部分において重ね合わせ溶接による固定と接着剤による固定とを併用することとしてもよい。
1A 第1の転がり軸受
1B 第2の転がり軸受
3a,3b、103b 内輪
5a,5b 外輪
7 転動体
10,110 転がり軸受装置
13 シャフト(第1の部材)
23 スリーブ(第2の部材)
25 嵌合孔
27 スペーサ部
34,35 突出部(溶接部)
134 内輪側リング(固定部材)

Claims (3)

  1. 同軸に配置される内輪および外輪と、これら内輪と外輪との間の円環状空間に周方向に間隔をあけて複数配置される転動体とを備え、軸方向に間隔をあけて配列される2つの転がり軸受と、
    該転がり軸受の前記内輪に嵌合される第1の部材と、
    前記転がり軸受の前記外輪を嵌合させる嵌合孔を有する第2の部材と、
    前記内輪および前記外輪の少なくとも1つに軸方向に隣接して配置され、前記内輪および前記外輪の半径方向に照射されるレーザ光により前記第1の部材または前記第2の部材に重ね合わせ溶接されている固定部材と、を備える転がり軸受装置であって、
    前記固定部材は、前記第1の部材と前記第2の部材のうち前記固定部材と溶接されている方の部材と同じ物質により形成されていることを特徴とする転がり軸受装置
  2. 前記固定部材が、前記第1の部材を嵌合させる内輪側リングまたは前記第2の部材に嵌合される外輪側リングである請求項1に記載の転がり軸受装置。
  3. 前記2つの転がり軸受けを構成する2つの内輪同士の間または2つの外輪同士間の一方に前記軸方向に挟まれるスペーサ部を備え、
    他方の前記内輪または前記外輪が、前記軸方向に隣接する前記内輪または前記外輪に対して相対的に近接する方向に押圧された状態で前記第1の部材または前記第2の部材に固定されている請求項1又は請求項2に記載の転がり軸受装置。
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